Dessa forma, é possível estudar diferentes formas de junção de fitas, com características e resultados bem distintos.
Com o objetivo de estudar os resultados da junção de fitas entre as superfícies de proximidade com a camada supercondutora e entre superfícies de proximidade com a camada do substrato, Figura 2.11, (Lee 2007) realizaram-se junções lineares Lap, utilizando segmentos de fita supercondutora YBCO AMSC 344S com camada estabilizadora de cobre e solda In-Bi (Índio-Bismuto), como material de adição, com um ponto de fusão de 70.9 ºC.
Desse estudo verificou-se que a junção entre as superfícies de proximidade com a camada do substrato tinha uma maior resistência de junção, 3.24 µΩ e 0.138 µΩ, e uma corrente crítica, 57.5 A, menor que a junção entre superfícies de proximidade com a camada supercondutora, 59.8 A, num ambiente criogênico, a 77 K. Dessa forma, a junção entre fitas deve ser realizada entre as superfícies de proximidade com a camada supercondutora, obtendo-se uma menor resistência no segmento de fita final.
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Figura 2.11 - Descrição das superfícies da fita supercondutora 2G (superfície supercondutora é a que se encontra mais perto da camada supercondutora enquanto que a superfície do substrato é a que tem uma
distância maior entre a superfície e a camada supercondutora), retirado de (Super Power 2011). Após esse estudo, o mesmo grupo, (Chang et al. 2008), analisou o impacto da remoção da camada estabilizadora da fita supercondutora e perceberam que a resistência poderia baixar para um valor entre 4.52 nΩ e 29 nΩ, dependendo da técnica utilizada para remover a camada de cobre. No entanto, a corrente crítica depois de feita a junção aumentava quando comparada com a corrente crítica da fita antes da junção, sendo necessário analisar o que causaria esse fenómeno.
Por forma a perceber melhor a influência na resistência da área de junção das fitas, em função do método utilizado para remover a camada estabilizadora, um grupo de investigação da universidade da Seoul decidiu analisar a junção de duas fitas supercondutoras cuja camada estabilizadora fora removida por calor ou por decapagem. Aplicando um ferro quente para remover a camada estabilizadora as propriedades supercondutoras da fita, mais concretamente a corrente critica, degradava-se, concluindo-se que a remoção por calor não seria uma boa técnica a aplicar. Esse estudo, levou também à conclusão de que o calor aplicado durante o processo de junção deveria ser minimizado uma vez que poderia ter implicações adversas nas propriedades finais da fita.
Removendo a camada de cobre por decapagem verificou-se uma diminuição da resistência na área de junção relativamente à resistência medida inicialmente. Apesar de ser inevitável a existência de resistência na junção, devido à resistência inerente da solda e das camadas adjacentes à camada supercondutora, utilizando uma solda com baixa temperatura de fusão e minimizando a espessura, consegue-se obter uma junção com propriedades elétricas bastante favoráveis (Kim et al. 2009).
Por forma a obterem-se fitas consistentes no método de junção e baixa resistividade tornou-se necessário estudar e perceber as causas da variação da resistência na junção entre diferentes experiências. Com o intuito de perceber essas causas, em 2010, o investigador Jun Lu realizou diferentes ensaios experimentais: i) utilizando a mesma fita, SuperPower YBCO Conductors (SP17), variou as condições de soldadura, ii) realizou os mesmos ensaios em duas outras fitas, SP21 e SP17, utilizando sempre o tipo linear entre fitas com camada estabilizadora de cobre. Observou-se que, para diferentes tipos de material de adição, utilizando a mesma fita,
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a resistência da junção variava a sua gama de valores. Verificou-se também que a resistência de junção mais baixa se obtinha para o ensaio realizado com a menor temperatura de soldadura aplicada e com a utilização de uma fita de solda Sn37Pb63 em vez de solda em pasta (Jun Lu et al. 2010).
Em suma, com o estudo de Jun Lu percebe-se que as características da fita supercondutora utilizada bem como o tipo de solda e as temperaturas a que se realiza a junção, influenciam o desempenho da fita soldada.
Segundo a literatura apesar de simples, o método de junção de fitas através da utilização de um material de adição, introduz resistência adicional à junção devido à resistência da solda utilizada, da camada estabilizadora e da camada de prata (J.Y. Kato et al. 2006). Dessa forma estudou-se um método sem a utilização de solda, ou seja, uma junção por difusão, entre fitas 2G com camada estabilizadora de prata. As fitas sofreram um processo de junção do tipo linear e foram aquecidas, sob pressão (30 MPa), a uma temperatura de 500 ºC e arrefecidas à temperatura ambiente, numa atmosfera de oxigénio. Verificou-se que a resistividade obtida para a junção foi de 0.67 pΩ.m, mantendo-se as propriedades supercondutoras da fita bem como a corrente crítica. De notar que, aumentando a pressão aplicada, observou-se a degradação das propriedades supercondutoras da fita.
Mais recentemente, no estudo elaborado pelo grupo de investigação de Carlos Baldan (Baldan et al. 2013; Baldan et al. 2009), a fita supercondutora, produzida pela American Superconductor Corp (AMSC 344S), sem camada estabilizadora de cobre e com um reforço de aço inoxidável, é a que apresenta menor degradação da corrente critica, Ic, aquando da
soldadura Lap entre fitas com camada estabilizadora e sem camada estabilizadora. Por outro lado, a fita de YBCO com camada estabilizadora de cobre é a que apresenta menor resistividade na junção, 1.74 pΩm.
Nesse estudo realizaram-se junções Supercondutoras/não-Supercondutoras do tipo Lap entre dois segmentos de fita supercondutora, utilizando material de adição SnIn e SnPb, com ponto de fusão de 116 e 183 ºC, respetivamente. Verificou-se que quando a junção era feita sob pressão, a sua espessura tornava-se menor e mais homogénea, conduzindo a uma menor resistência de junção, mas existindo, no entanto, uma redução do valor Ic.
Na Tabela 2.2, pode-se verificar algumas características essenciais das fitas supercondutoras utilizadas na literatura. Na Tabela 2.3 indica-se os resultados obtidos em algumas das experiências realizadas por várias equipas ao longo dos últimos anos.
Com a análise dessa tabela e pela literatura estudada conclui-se que, apesar dos avanços realizados na área das junções entre fitas supercondutoras, não se conseguiu determinar uma dependência concreta entre os valores de resistência da área de junção e os parâmetros avaliados. Sabe-se apenas que a espessura da camada de solda, o tipo de solda, a temperatura a que é feita a junção bem como o método utilizado estão relacionados, no entanto ainda não se conseguiu determinar uma relação sistematizada entre esses fatores.
Dessa forma, nesta dissertação pretende-se contribuir para a investigação realizada até agora por forma a obter um método eficaz e fiável de junções entre materiais supercondutores.
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Tabela 2.2 – Características das fitas supercondutoras utilizadas
AMSC SuperPower
344S 344 4050 SCS 12050 SCS 12100 SF
SAT YBCO YBCO YBCO YBCO YBCO
Camada Estabilizadora Aço Inoxidável Cobre Cobre Cobre --- Corrente Crítica mínima,
c
I (A) 72 60 100 240 200